一种基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法，永磁同步电机速度由PI速度控制器控制，负载转矩观测器对负载转矩进行观测，负载转矩观测器的输出用于对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿。负载转矩观测采用反馈增益依据负载转矩给定值的变化量和负载转矩观测值的变化量进行自动调整的算法，能在系统速度改变，或者是参数发生变化，负载发生扰动，导致负载转矩给定值发生变化或/和负载转矩观测值发生变化时，快速降低负载转矩的观测误差并将负载转矩观测值前馈补偿至电流调节器中，提高了永磁同步电机的控制精度。提高了永磁同步电机的控制精度。提高了永磁同步电机的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法
[0001]本专利技术专利申请为分案申请，原案申请号为202010918629.X，申请日为2020年09月04日，专利技术名称为电梯永磁同步电机驱动控制系统。


[0002]本专利技术涉及永磁同步电机
，更具体地，尤其是涉及一种基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法。

技术介绍

[0003]永磁同步电机具有效率高、扭矩大、转速性能好等优点，被广泛应用在制造、电动汽车、工业生产等领域中。使用永磁同步电机作为电梯曳引电机，其低速性、快速性、硬机械特性等均优于交流异步电动机，其寿命、能耗、维护性等方面优于直流电动机，易于实现低转速、大转矩的理想电梯驱动，满足电梯驱动过载能力强，调速范围广的要求。基于负载转矩补偿的控制方法能够减小负载扰动的影响，但在负载转矩变化，以及给定速度变化或控制系统内部参数摄动时，会导致负载转矩观测偏差增大，影响永磁同步电机速度控制的稳态、动态和调速范围等性能指标。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种将观测的负载转矩前馈补偿至电流调节器中，提高负载转矩观测响应速度并减少转矩观测波动性的基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法。永磁同步电机速度由PI速度控制器控制，负载转矩观测器对负载转矩进行观测，负载转矩观测器的输出用于对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿。PI速度控制器PI速度控制器输出的负载转矩给定值和转矩电流给定分量i
′
q
为
[0005][0006]其中，p是电机极对数，ψ
f
是永磁体磁链；K
p
为PI速度控制器的比例系数，T
i
为PI速度控制器的积分时间常数；电机的转子角速度误差e＝ω
*
‑
ω，ω
*
为给定转子角速度，ω为转子角速度，e(t)为转子角速度误差瞬时值。
[0007]负载转矩观测器为
[0008][0009]其中，J是转动惯量，是转子角速度估计值，g是负载转矩观测器的反馈增益且g＜0；k
g
是负载转矩观测器的滑模增益且k
g
≤
‑
|e2/J|，
为负载转矩观测误差，T
L
为负载转矩，为负载转矩观测值；i
q
为q轴电流。
[0010]负载转矩观测器根据负载转矩给定值和负载转矩观测值的变化对反馈增益g进行调整，方法是：
[0011]步骤S1、负载转矩观测器对负载转矩进行T
L
观测，得到负载转矩观测值PI速度控制器进行控制运算得到负载转矩给定值
[0012]步骤S2、计算步骤S2、计算
[0013]步骤S3、判断ΔT是否大于ε2；当ΔT大于ε2时，取反馈增益g等于g
min
并退出；当ΔT小于等于ε2时，进入步骤S4；
[0014]步骤S4、判断ΔT是否小于ε1；当ΔT小于ε1时，取反馈增益g等于g
max
并退出；当ΔT大于等于ε1时，进入步骤S5；
[0015]步骤S5、反馈增益g按照
[0016][0017]进行计算。其中，ε1为转矩变化低限比较阈值，ε2为转矩变化高限比较阈值，且0＜ε1＜ε2；g
max
为反馈增益高值，g
min
为反馈增益低值，且g
min
＜g
max
＜0。
[0018]负载转矩观测器的输出对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿的方法是，将负载转矩的观测值转换成转矩电流补偿分量前馈补偿至q轴电流PI控制器的输入；q轴转矩电流给定值为
[0019][0020]PI速度控制器参数和负载转矩观测器参数均采用粒子群算法进行优化整定。PI速度控制器参数采用粒子群算法进行优化整定时，待优化的参数向量为θ＝[K
p
，T
i
]，待优化的参数向量数量为2个，即搜索空间维度N等于2。PI速度控制器参数采用粒子群算法进行优化整定时，计算适应度值的目标函数Q1为
[0021][0022]其中，e(t)为转子角速度误差瞬时值，t
m
为电机转子角速度阶跃响应的过渡过程时间，t＝0为电机阶跃响应的启动时刻；Q
11
中的γ
m1
(1
‑
sgn(e(t)+ω
δ
))项为角速度超调罚函数，γ
m1
为一个足够大的正数，ω
δ
为转子角速度超调量限值；Q
12
为稳态误差罚函数，ω
Δ
为转子角速度稳态误差限值；γ
m2
≥2。
[0023]负载转矩观测器参数采用粒子群算法进行优化整定时，待优化的参数向量为θ1＝[G
max
，G
min
，ε1，ε2，α]，待优化的参数向量数量为2个，即搜索空间维度N等于5。g
max
与G
max
的关系为g
min
与G
min
的关系为k
g
与α的关系为
[0024][0025]其中，α≥1；进一步地，α值在1～5的范围内选择。负载转矩观测器参数采用粒子群算法进行优化整定时，计算适应度值的目标函数Q2为
[0026][0027]其中，为负载转矩观测误差，e2(t)为负载转矩观测误差瞬时值，t
p
为电机负载转矩观测阶跃响应的跟踪调节时间，t＝0为负载转矩观测阶跃响应的负载突变时刻；Q
21
中的γ
p1
(1
‑
sgn(e2(t)+T
δ
))项为转矩观测跟踪超调罚函数，T
δ
为转矩观测跟踪超调限值，γ
p1
为一个足够大的正数；max(|e2(t)|)为最大转矩观测稳态误差绝对值，γ
p2
为适应度平衡侧重系数，γ
p2
＞0；Q
22
中的γ
p1
(1
‑
sgn(e2(t)+T
Δ
))项为转矩观测稳态误差罚函数，T
Δ
为负载转矩观测稳态误差限值；γ
p3
≥2。
[0028]所述粒子群算法为：
[0029]步骤101，初始化粒子群；粒子初始位置为其中M为粒子数量；
[0030]步骤102，将各粒子的初始位置作为各粒子的初始最优值，计算每个粒子的适应度值并作为各粒子的最优粒子适应度值保存；对各粒子适应度值进行比较得到初始粒子群最优解和粒子群最优适应度值并保存；
[0031]步骤103，按照式
[0032][0033]m
n+1
＝m
n
+v
n+1
[0034]更新各粒子的速度和位置；n为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法，永磁同步电机速度由PI速度控制器控制，负载转矩观测器对负载转矩进行观测，负载转矩观测器的输出用于对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿；其特征在于，PI速度控制器PI速度控制器输出的负载转矩给定值和转矩电流给定分量i
′
q
为其中，p是电机极对数，ψ
f
是永磁体磁链；K
p
为PI速度控制器的比例系数，T
i
为PI速度控制器的积分时间常数；电机的转子角速度误差e＝ω
*
‑
ω，ω
*
为给定转子角速度，ω为转子角速度，e(t)为转子角速度误差瞬时值；负载转矩观测器为其中，J是转动惯量，是转子角速度估计值，g是负载转矩观测器的反馈增益且g＜0；k
g
是负载转矩观测器的滑模增益且k
g
≤
‑
|e2/J|，为负载转矩观测误差，T
L
为负载转矩，为负载转矩观测值；i
q
为q轴电流；负载转矩观测器根据负载转矩给定值和负载转矩观测值的变化对反馈增益g进行调整，方法是：步骤S1、负载转矩观测器对负载转矩进行T
L
观测，得到负载转矩观测值PI速度控制器进行控制运算得到负载转矩给定值步骤S2、计算步骤S2、计算步骤S3、判断ΔT是否大于ε2；当ΔT大于ε2时，取反馈增益g等于g
min
并退出；当ΔT小于等于ε2时，进入步骤S4；步骤S4、判断ΔT是否小于ε1；当ΔT小于ε1时，取反馈增益g等于g
max
并退出；当ΔT大于等于ε1时，进入步骤S5；步骤S5、反馈增益g按照进行计算；其中，ε1为转矩变化低限比较阈值，ε2为转矩变化高限比较阈值，且0＜ε1＜ε2；g
max
为反馈增益高值，g
min
为反馈增益低值，且g
min
＜g
max
＜0；PI速度控制器参数和负载转矩观测器参数均采用粒子群算法进行优化整定。2.如权利要求1所述的基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，负载转矩观测器的输出对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿的方法是，将负载转矩的观
测值转换成转矩电流补偿分量i
″
q
前馈补偿至q轴电流PI控制器的输入；q轴转矩电流给定值为：3.如权利要求2所述的基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，PI速度控制器参数采用粒子群算法进行优化整定时，待优化的参数向量为θ＝[K
p
，T
i
]，搜索空间维度N等于2。4.如权利要求3所述的基于负载转矩补偿的永磁同步电动机控制方法，其特征在于，PI速度控制器参数采用粒子群算法进行优化整定时，计算适应度值的目标函数Q1为其中，e(t)为转子角速度误差瞬时值，t
m
为电机转子角速度阶跃响应的过渡过程时间，t＝0为电机阶跃...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌云，黄云章，刘颖慧，聂辉，周建华，王兵，汤彩珍，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：